EP3965153A1 - Dispositif d'affichage d'images émissif à led - Google Patents

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EP3965153A1
EP3965153A1 EP21199575.8A EP21199575A EP3965153A1 EP 3965153 A1 EP3965153 A1 EP 3965153A1 EP 21199575 A EP21199575 A EP 21199575A EP 3965153 A1 EP3965153 A1 EP 3965153A1
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chip
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vdata
led
transfer substrate
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Definitions

  • the present application relates to the production of an emissive image display device using light-emitting diodes (LEDs), for example a television, computer, smartphone, digital tablet, etc. screen.
  • LEDs light-emitting diodes
  • an image display device comprising a plurality of elementary electronic chips arranged in a matrix on the same transfer substrate.
  • the chips are mounted integral with the transfer substrate and connected to electrical connection elements of the transfer substrate for their control.
  • Each chip comprises a stack of an LED and an LED driver circuit and corresponds to a pixel of the device.
  • the first conductive tracks are substantially parallel, and the second conductive tracks are substantially orthogonal to the first tracks.
  • each elementary chip of the device said at least one LED of the chip is formed in a first III-V semiconductor-based substrate, and the chip control circuit is formed in a second silicon-based substrate, attached and electrically connected to the first substrate.
  • the chip connection terminals are formed on the side of the face of the second substrate opposite the first substrate.
  • each elementary chip is arranged so that the face of its second substrate opposite the first substrate is turned towards the transfer substrate so as to make direct electrical connections between the connection terminals of the chip and the pads electrical connection of the transfer substrate.
  • the transfer substrate comprises at least one electrical connection pad connected to a first conductive track of the transfer substrate, and at least one electrical connection pad connected to a second conductive track of the transfer substrate.
  • each elementary chip comprises a first terminal for connection to the substrate intended to receive an adjustment signal from said at least one LED of the chip.
  • each elementary chip further comprises a second terminal for connection to the substrate intended to receive a selection and/or synchronization signal.
  • each elementary chip further comprises third and fourth terminals for connection to the substrate intended to respectively receive a high supply potential and a low supply potential of the chip.
  • each elementary chip comprises a plurality of LEDs
  • the first connection terminal of the chip is intended to receive, for each LED of the chip, an individual adjustment signal for the LED, the adjustment signals individual of the different LEDs of the chip being time multiplexed on said first terminal.
  • control circuit of the chip is adapted to demultiplex the signals received on said first terminal and to apply to each LED of the chip a bias signal depending on the individual adjustment signal of the LED received on said first terminal.
  • the same elements have been designated by the same references in the various figures and, moreover, the various figures are not drawn to scale. For the sake of clarity, only the elements useful for understanding the embodiments described have been represented and are detailed. In particular, the manufacture of the elementary chips of the display devices described has not been detailed, the manufacture of these chips being within the abilities of those skilled in the art based on the teachings of the present description.
  • the elementary chips of the display devices described each comprising one or more LEDs and a transistor-based control circuit, can be manufactured according to processes identical or similar to those described in the patent application French n°1561421 above, the contents of which are considered an integral part of this description and are herein incorporated by reference to the extent permitted by law.
  • the figure 1 is an electric diagram of the circuits of an elementary chip 110 of an image display device of the type described in the patent application French n°1561421 aforementioned.
  • the chip 110 comprises an LED 120, preferably an inorganic LED, for example a gallium nitride LED or based on any other III-V semiconductor suitable for producing an LED.
  • the chip 110 further comprises an active circuit 130 for controlling the LED 120, for example a circuit based on transistors, suitable for controlling the emission of light by the LED.
  • control circuit 130 and the LED 120 are first formed separately, respectively in and on a silicon substrate for the circuit 130, and on a suitable growth substrate, for example in sapphire, for the LED 120.
  • LED 120 is made in such a way as to present electrical anode and cathode contacts on the side of its face opposite the growth substrate.
  • the control circuit 130 for its part comprises, on the side of a first face of the silicon substrate, electrical connection zones intended to be brought into contact with the anode and cathode contacts of the LED, and, on the side a second face of the silicon substrate opposite the first face, connection terminals to an external device for controlling the chip. Circuit 130 and LED 120 are then secured by bonding the face of the LED opposite the growth substrate to the first face of circuit 130.
  • the chip comprising circuit 130 and LED 120 is then transferred onto a transfer substrate, for example a passive transfer substrate, comprising electrical connection elements for supplying and controlling the chip.
  • a transfer substrate for example a passive transfer substrate, comprising electrical connection elements for supplying and controlling the chip.
  • the chip is arranged so that the second face of the circuit 130 of the chip is turned towards the transfer substrate, in order to make direct electrical connections between the connection terminals outside the chip and the pads. electrical connection of the transfer substrate.
  • the substrate of Growth can additionally be removed before or after attaching the chip to the transfer substrate.
  • chip 110 includes four external connection terminals Vp, Vn, Vsel, and Vdata.
  • the terminals Vp and Vn are intended to respectively receive a low supply potential Vp (for example the mass) and a high supply potential (that is to say higher than the low supply potential) Vn of the chip .
  • the Vsel and Vdata terminals are intended to receive control signals from the chip. More particularly, the Vsel signal is a chip selection signal, and the Vdata signal is a chip brightness level adjustment signal.
  • the control circuit 130 of the chip comprises two transistors 131 and 133 and a capacitive element 135, for example a capacitor.
  • transistors 131 and 133 are MOS transistors. More specifically, transistor 131 is an N-channel MOS transistor and transistor 133 is a P-channel MOS transistor.
  • Transistor 131 has a first conduction node (source or drain in this example) connected to the Vdata terminal, a second conduction node (drain or source in this example) connected to an intermediate node a1 of the chip, and a control node (gate in this example) connected to terminal Vsel.
  • Capacitive element 135 has a first electrode connected to node a1 and a second electrode connected to terminal Vp.
  • Transistor 133 has a first conduction node connected to terminal Vp, a second conduction node connected to the anode of LED 120, and a control node connected to node a1.
  • the cathode of LED 120 is connected to terminal Vn.
  • transistor 131 is used for switching (on or off) to enable or disable updating of the brightness adjustment of the LED.
  • the Transistor 133 operates in a linear regime to control the intensity of the current injected into the LED.
  • Transistor 131 is turned on (turned on) by the application of a matched control signal to terminal Vsel.
  • the capacitive element 135 then charges to a voltage level depending on the adjustment signal applied to the Vdata terminal of the chip.
  • the level of the adjustment signal Vdata fixes the potential of the node a1, and consequently the intensity of the current injected into the LED by the transistor 133, and therefore the light intensity emitted by the LED.
  • Transistor 131 can then be reopened.
  • the node a1 then remains at a potential substantially equal to the potential Vdata.
  • the current injected into the LED remains substantially constant after the reopening of transistor 131, and this until the next update of the potential of node a1.
  • a display device may comprise a plurality of identical or similar elementary chips 110 mounted on the same transfer substrate according to a matrix arrangement along rows and columns, the chips being connected to electrical connection elements of the substrate for their control, and each chip corresponding to a pixel of the display device.
  • the pixels of the display device can be controlled simultaneously line by line.
  • the chips of the row have their control terminals Vsel connected to the same conductive row control track of the transfer substrate, the chips of separate rows having their control terminals Vsel connected to separate line driver conductive tracks from the transfer substrate.
  • the chips of the column have their Vdata control terminals connected to the same conductive column control track of the transfer substrate, the chips of distinct columns having their Vdata control terminals connected to control conductor tracks columns separate from the transfer substrate.
  • the pixels of the device can thus be refreshed simultaneously line by line.
  • one possibility is to provide, for each pixel of the device, several neighboring elementary chips adapted to emit in distinct wavelength ranges, for example three elementary chips adapted to emit respectively red light, green light and blue light. Each elementary chip then corresponds to a sub-pixel of the device.
  • the elementary chips of distinct colors can comprise LEDs of distinct natures suitable for emitting in distinct wavelength ranges, or LEDs of the same nature topped with filters or photoluminescent conversion elements of distinct natures.
  • a problem which then arises resides in the number and the density of the electrical connection elements which must be provided on the transfer substrate to enable each sub-pixel of the device to be controlled individually.
  • one possibility is to integrate on a same elementary chip the different sub-pixels of a same pixel of the device.
  • the figure 2 is an electric diagram of an elementary chip 210 of a display device in which each elementary chip corresponds to a pixel of the device and integrates three sub-pixels SP r , SP g and SP b adapted to respectively emit red light , green light and blue light.
  • Each sub-pixel SP r , SP g , SP b of chip 210 comprises substantially the same circuit elements as chip 110 of the figure 1 , namely an LED 120 r , respectively 120 g , respectively 120 b , a selection transistor 131 r , respectively 131 g , respectively 131 b , a current adjustment transistor 133 r , respectively 133 g , respectively 133 b , and a capacitive element 135 r , respectively 135 g , respectively 135 b .
  • the chip includes six external connection terminals Vp, Vn, Vsel, Vdata r , Vdata g and Vdata b .
  • Terminals Vp and Vn are intended to respectively receive the low Vp and high Vn supply potentials of the chip.
  • Terminals Vsel, Vdata r , Vdata g and Vdata b are intended to receive control signals from the chip. More particularly, the signal Vsel is a chip selection signal, and the signals Vdata r , Vdata g and Vdata b are signals for individual adjustment of the brightness levels of the LEDs 120 r , 120 g and 120 b respectively.
  • Each of transistors 131 r , 131 g and 131 b has its control node connected to terminal Vsel.
  • Transistor 131 r has a first conduction node connected to terminal Vdata r and a second conduction node connected to an intermediate node a1 r of the chip
  • transistor 131 g has a first conduction node connected to terminal Vdata g and a second conduction node connected to an intermediate node a1 g of the chip
  • the transistor 131 b has a first conduction node connected to the terminal Vdata b and a second conduction node connected to an intermediate node a1 b of the chip.
  • Capacitive element 135 r has a first electrode connected to node a1 r and a second electrode connected to terminal Vp
  • capacitive element 135 g has a first electrode connected to node a1 g and a second electrode connected to terminal Vp
  • the capacitive element 135 b has a first electrode connected to the node a1 b and a second electrode connected to the terminal Vp.
  • Transistor 133 r has a first conduction node connected to terminal Vp, a second conduction node connected to the anode of LED 120 r , and a control node connected to node a1 r
  • transistor 133 g has a first conduction node connected to terminal Vp, a second conduction node connected to the anode of LED 120 g , and a control node connected to node a1 g
  • transistor 133 b has a first conduction node connected to terminal Vp, a second conduction node connected to the anode of LED 120b, and a control node connected to node a1b .
  • Each of the LEDs 120 r , 120 g , 120 b has its cathode connected to the terminal Vn.
  • the LEDs 120 r , 120 g and 120 b are for example LEDs of distinct natures suitable for emitting light in distinct wavelength ranges.
  • the LEDs 120 r , 120 g and 120 b are of the same nature and emit in the same range of wavelengths, but are surmounted by filters or photoluminescent conversion elements of distinct natures so that the pixels SP r , SP g and SP b emit in distinct wavelength ranges.
  • the operation of the elementary chip 210 is for example similar to what has been described in relation to the figure 1 , except that, in the example of the picture 2 , when elementary chip 210 is selected by applying a suitable control signal to terminal Vsel, the potentials of nodes a1 r , a1 g and a1 b are simultaneously updated as a function of the potentials applied to terminals Vdata r , Vdata g and Vdata b respectively, which leads to simultaneously updating the individual brightness settings of the LEDs 120 r , 120 g and 120 b .
  • a disadvantage of the display device of the picture 2 is that the number of electrical connection elements to be provided on the transfer substrate to enable each pixel of the device to be controlled individually remains relatively high, in particular due to the fact that the brightness adjustment signals Vdata r , Vdata g and Vdata b are carried by separate conductive tracks of the transfer substrate.
  • each elementary chip integrates several individually controllable sub-pixels, but in which, in each elementary chip, a single connection terminal outside is provided to receive the individual brightness adjustment signals of the different sub-pixels of the chip, the individual brightness adjustment signals of the sub-pixels being time multiplexed on this connection terminal.
  • the picture 3 is a simplified electrical diagram of the circuits of an elementary chip 310 of an example of an image display device according to one embodiment.
  • each elementary chip 310 corresponds to a pixel of the device and integrates three sub-pixels SP r , SP g and SP b adapted to respectively emit red light, green light and blue light.
  • Each sub-pixel SP r , SP g , SP b of chip 310 comprises substantially the same circuit elements as in the example of figure 2 , namely an LED 120 r , respectively 120 g , respectively 120 b , a selection transistor 131 r , respectively 131 g , respectively 131 b , a current adjustment transistor 133 r , respectively 133 g , respectively 133 b , and a capacitive element 135 r , respectively 135 g , respectively 135 b .
  • the transistors 131 r , 131 g , 131 b , 133 r , 133 g , 133 b are N-channel MOS transistors.
  • the chip includes four external connection terminals Vp, Vn, Vsel and Vdata.
  • Terminals Vp and Vn are intended to respectively receive a low supply potential Vp and a high supply potential Vn from the chip.
  • the Vsel and Vdata terminals are intended to receive control signals from the chip. More particularly, the Vsel terminal is intended to receive a chip selection signal, and the Vdata terminal is intended to receive individual signals for adjusting the brightness levels of the LEDs 120 r , 120 g , 120 b , temporally multiplexed.
  • Chip 310 further comprises an internal selection circuit 312 receiving signal Vsel and supplying selection signals Lr, Lg and Lb respectively applied to the gates of transistors 131 r , 131 g and 131 b . More particularly, in the example represented, the circuit 312 comprises three output nodes Lr, Lg and Lb respectively connected to the gates of transistors 131 r , 131 g and 131 b . Circuit 312 is also connected to terminals Vp and Vn of the chip for its power supply.
  • Transistor 131 r has a first conduction node connected to terminal Vdata and a second conduction node connected to an intermediate node a1 r of the chip
  • transistor 131 g has a first conduction node connected to terminal Vdata and a second conduction node connected to an intermediate node a1 g of the chip
  • transistor 131 b has a first conduction node connected to terminal Vdata and a second conduction node connected to an intermediate node a1 b of the chip.
  • Capacitive element 135 r has a first electrode connected to node a1 r and a second electrode connected to terminal Vn
  • capacitive element 135 g has a first electrode connected to node a1 g and a second electrode connected to terminal Vn
  • the capacitive element 135 b has a first electrode connected to the node a1 b and a second electrode connected to the terminal Vn.
  • Transistor 133 r has a first conduction node connected to terminal Vp, a second conduction node connected to the anode of LED 120 r , and a control node connected to node a1 r
  • transistor 133 g has a first conduction node connected to terminal Vp, a second conduction node connected to the anode of LED 120 g , and a control node connected to node a1 g
  • transistor 133 b has a first conduction node connected to terminal Vp, a second conduction node connected to the anode of LED 120b, and a control node connected to node a1b .
  • Each of the LEDs 120 r , 120 g , 120 b has its cathode connected to the terminal Vn.
  • the figure 4 is a timing diagram illustrating an example of an operating mode of the elementary chip 310 of the picture 3 . More specifically, the figure 4 represents the evolution, as a function of time, of the signals Vdata, Vsel, Lr, Lg and Lb of the chip 310 during a phase of updating the individual brightness levels of the sub-pixels SP r , SP g and SP b of the chip.
  • the rising edge of the first pulse in the pulse train marks the start of the pixel update phase, and the rising edge of the last pulse in the pulse train marks the end of the pixel update phase .
  • the internal selection circuit 312 controls the closing of the selection transistor 131 r of the sub-pixel SP r , and keeping selection transistors 131 g and 131 b of the sub-pixels SP g and SP b in the open state.
  • signal Lr is set to a high state and signals Lg and Lb are set to a low state.
  • capacitor 135 r of pixel SP r charges to a voltage level depending on the potential applied to terminal Vdata between times t0 and t1 , while the voltage levels of capacitors 135 g and 135 b remain substantially unchanged.
  • the internal selection circuit 312 commands the opening of the selection transistor 131 r of the sub-pixel SP r , the closing of the selection transistor 131 g of the sub-pixel SP g , and the maintaining at open state of selection transistor 131 b of sub-pixel SP b .
  • signal Lr is set low
  • signal Lg is set high
  • signal Lb is maintained low.
  • capacitor 135 g of pixel SP g charges to a voltage level depending on the potential applied to terminal Vdata between times t1 and t2 , while the voltage levels of capacitors 135 r and 135 b remain substantially unchanged.
  • the internal selection circuit 312 controls the opening of the selection transistor 131 g of the sub-pixel SP g , the closing of the selection transistor 131 b of the sub-pixel SPb, and the maintenance in the open state of the selection transistor 131 r of the sub-pixel SP r .
  • signal Lg is set low
  • signal Lb is set high
  • signal Lr is maintained low.
  • capacitor 135 b of pixel SP b charges to a voltage level depending on the potential applied to terminal Vdata between times t2 and t3 , while the voltage levels of capacitors 135 r and 135 g remain substantially unchanged.
  • Time t3 marks the end of the pixel update phase. From instant t3, the brightness levels of LEDs 120 r , 120 g and 120 b remain substantially unchanged until the next update of the pixel.
  • the level of signal Vdata varies between times t0 and t3, in stages at each new rising edge of signal Vsel.
  • the portion of the signal Vdata between times t0 and t1 corresponds to an individual signal for adjusting the LED 120 r of the sub-pixel SP r
  • the portion of the signal Vdata between times t1 and t2 corresponds to an individual signal for adjusting the LED 120 g of sub-pixel SP g
  • the portion of signal Vdata between times t2 and t3 corresponds to an individual signal for adjusting LED 120 g of sub-pixel SP g .
  • the individual adjustment signals Vdata r , Vdata g and Vdata b are therefore temporally multiplexed on the terminal Vdata.
  • the assembly comprising the internal selection circuit 312, the transistors 131 r , 131 g , 131 b , 133 r , 133 g , 133 b and the capacitors 135 r , 135 g and 135 b of the chip constitutes a suitable control circuit in demultiplexing the individual adjustment signals received on the Vdata terminal, and in applying to each LED of the chip a bias signal (a current in this example) depending on the individual adjustment signal of the LED.
  • the circuit 312 can comprise a two-stage pulse counter associated with decoding gates, and with a reset mechanism, for example obtained by an assembly of the envelope detector type receiving as input the signal Vsel.
  • the elementary chips 310 of the display device of the picture 3 can be arranged in a matrix along rows and columns, and interconnected in rows and columns so as to allow simultaneous control, row by row, of the pixels of the device.
  • each elementary chip 310 comprises a single terminal Vdata to receive the individual adjustment signals of all the sub-pixels of the chip. So, in the example of the picture 3 , each elementary chip 310 comprises only four connection terminals on the outside, that is to say no more than in an elementary chip of the type described in relation to the figure 1 (including a single LED). This allows in particular, compared to the example of the picture 2 , to reduce the number of electrical connection elements to be provided on the transfer substrate. Indeed, in the embodiment of the picture 3 , the individual brightness adjustment signals Vdata r , Vdata g and Vdata b of the various sub-pixels of the same chip 310 are carried by the same conductive track of the transfer substrate.
  • each elementary chip comprises a single pixel divided into three sub-pixels adapted to emit in three distinct wavelength ranges.
  • each elementary chip can comprise a single pixel divided into a number of sub-pixels different from three.
  • each elementary chip can comprise several pixels divided or not into sub-pixels of distinct colors.
  • the embodiments described are particularly suited to the production of a so-called multi-view display device, that is to say in which the image to be displayed is divided into macropixels each comprising a plurality of pixels corresponding to different views of the scene that it is desired to reproduce.
  • the different pixels of the same macropixel correspond respectively to the same pixel of different images of the same scene, taken from different angles of view.
  • a multi-view display device can for example be used in applications in which it is desired to give the user an impression of viewing in three dimensions.
  • the figure 5 is a simplified electrical diagram of the circuits of an elementary chip 510 of an example of a multi-view image display device according to one embodiment.
  • each elementary chip 510 corresponds to a macropixel of the device, comprising n pixels P1, P2, ... Pn intended to respectively display the same point of n different images, corresponding for example to n different views of the same scene , where n is an integer greater than 1, for example in the range from 2 to 50.
  • each pixel Pi of the macropixel with i integer ranging from 1 to n, comprises several sub-pixels adapted to be transmitted in distinct wavelength ranges, so as to allow the display of color images. More particularly, in the example represented, each pixel Pi comprises three sub-pixels SP r , SP g and SP b adapted to respectively emit red light, green light and blue light.
  • the 510 chip of the figure 5 includes four external connection terminals Vp, Vn, Vsel and Vdata.
  • Each sub-pixel SP r , SP g , SP b of chip 510 comprises substantially the same circuit elements as in the example of picture 3 , arranged substantially in the same manner.
  • the selection transistors 131 r , 131 g , 131 b of all the pixels P1, P2, ... Pn of the chip 510 i.e. n*3 selection transistors
  • Chip 510 further includes an internal select circuit 512 similar to circuit 312 of the picture 3 , receiving signal Vsel and supplying, for each pixel Pi, selection signals Lr Pi , Lg Pi and Lb Pi respectively applied to the gates of transistors 131 r , 131 g and 131 b of pixel Pi.
  • circuit 512 comprises n*3 output nodes Lr P1 , Lg P1 , Lb P1 , Lr P2 , Lg P2 , Lb P2 , ... Lr Pn , Lg Pn , Lb Pn respectively connected to the gates of the selection transistors 131 r , 131 g and 131 b of the n pixels Pi of the chip.
  • Circuit 512 is also connected to terminals Vp and Vn of the chip for its power supply.
  • the operation of the elementary chip 510 of the figure 5 is similar to what has been described above in connection with the figures 3 and 4 . More particularly, in the example of the figure 5 , during an update phase of the n*3 sub-pixels of the chip, the n*3 individual adjustment signals of the n*3 LEDs of the chip are time multiplexed on the Vdata terminal of the chip.
  • the selection signal Vsel comprises for example a train of (n*3)+1 pulses to synchronize the demultiplexing of the signal Vdata inside the chip.
  • the elementary chips 510 of the display device of the figure 5 can be arranged in a matrix along rows and columns, and interconnected in rows and columns so as to allow simultaneous control, row by row, of the macropixels of the device.
  • the figure 6 is a simplified electrical diagram of the circuits of an elementary chip 610 of an example of a multi-view image display device according to one embodiment.
  • the 610 chip of the figure 6 differs from the 510 chip of the figure 5 primarily in that, in the 610 chip, the individual setting signals for the various LEDs on the chip are received as serialized digital data on the chip's Vdata connection terminal.
  • the elementary chip 610 of the figure 6 corresponds to a macropixel of the display device, comprising n pixels P1, P2, ... Pn each comprising three sub-pixels SP r , SP g and SP b each comprising an individually adjustable LED.
  • each sub-pixel SP r comprises an LED 120 r arranged to emit red light
  • each sub-pixel SP g comprises an LED 120 g arranged to emit green light
  • each sub-pixel SP b comprises a 120 b LED arranged to emit blue light.
  • all of the chip's LEDs have their cathode region connected to the chip's low Vn supply terminal.
  • the chip 610 further comprises a control circuit 620 connected to the external connection terminals Vsel, Vdata, Vp and Vn of the chip.
  • Circuit 620 is adapted to decode the serialized digital signal received by the chip on its Vdata terminal, and to apply to each LED of the chip a bias signal depending on the individual adjustment signal of the LED received in digital form on the Vdata terminal.
  • the circuit 620 comprises n*3 output nodes or bias signal supply nodes, respectively connected to the anode contact regions of the n*3 LEDs of the chip.
  • the circuit 620 comprises, for each pixel Pi of the chip, an output node outr Pi connected to the anode of the LED 120 r of the pixel Pi, an output node outg Pi connected to the anode of the LED 120 g of the Pi pixel, and an outb Pi output node connected to the anode of the LED 120 b of the pixel Pi.
  • the circuit 620 is for example adapted to provide each LED of the chip, via its output node connected to the anode of the LED, a bias current depending on the individual adjustment signal of the LED received on the Vdata terminal of the chip.
  • control circuit 620 replaces the control circuit formed by the internal selection circuit 512, the transistors 131 r , 131 g , 131 b , 133 r , 133 g , 133 b and the capacitors 135 r , 135 g and 135 b in the example of the figure 5 .
  • the figures 7 and 8 are timing diagrams illustrating an example of an operating mode of the elementary chip 610 of the figure 6 . More specifically, the figure 7 partially represents the signal applied to the terminal Vsel of the chip during a phase of updating the individual brightness levels of the sub-pixels of the chip. The figure 8 represents the evolution of signals CLK and SYNC internal to the chip generated by the circuit 620 from the signal Vsel. The figure 8 further represents the evolution of the signal Vdata applied to the chip during a phase of updating the individual brightness levels of the sub-pixels of the chip.
  • the signal Vsel is a signal with three levels, a low level (0), an intermediate level TH CLK higher than the low level, and a high level TH SYNC higher than the intermediate level.
  • the signal Vsel transmitted to the chip 610 during a phase of updating the individual brightness levels of the sub-pixels of the chip corresponds to the superposition of a periodic clock signal CLK, corresponding to a succession of pulses regularly spaced intermediate level TH CLK , and a synchronization signal SYNC, corresponding to a succession of high level pulses TH SYNC .
  • the control circuit 620 comprises a stage (not detailed) for separating the CLK and SYNC signals, receiving on an input node the signal Vsel and supplying on two distinct output nodes two binary signals corresponding respectively to the CLK signal and to the SYNC signal.
  • the separation of the signals CLK and SYNC is carried out by means of two comparators comparing the signal Vsel respectively with the threshold TH CLK and with the threshold TH SYNC , the outputs of the comparators supplying the signal CLK and the signal SYNC respectively.
  • the CLK signal is a clock signal making it possible to clock the decoding operations of the serialized digital signal transmitted on the Vdata terminal
  • the SYNC signal is a synchronization signal making it possible to indicate to the control circuit 620 that it is going to receive data to be decoded on the Vdata terminal of the chip.
  • the number nbits of bits on which each individual LED adjustment signal is coded can be different from 4, for example comprised in the range going from 4 to 16 bits.
  • the macropixel update sequence begins with the application of a double pulse of the SYNC signal to the Vsel terminal.
  • circuit 620 Upon receipt of this double pulse of the signal SYNC, the circuit 620 is informed that serialized binary data for updating the macropixel are going to be transmitted on its terminal Vdata.
  • a counter internal to circuit 620, clocked by clock signal CLK, is for example reinitialized at this step.
  • Circuit 620 is thus informed that a second train of n*nbits of data is going to be transmitted to it via terminal Vdata, corresponding to the individual signals of adjustment of the n sub-pixels of a second color of the macropixel, for example the n sub-pixels SP g of the macropixel.
  • a new simple pulse of the signal SYNC is applied to the terminal Vsel, so as to inform the circuit 620 that a third train of n*nbits of data is going to be transmitted to it via the terminal Vdata, corresponding to the individual adjustment signals of the n sub-pixels of a third color of the macropixel, for example the n sub-pixels SP b of the macropixel.
  • the embodiments described are not limited to this case. particular.
  • the SYNC signal may comprise a single single pulse at the start of the update phase, the data then being transmitted in the form of an uninterrupted train of n*nbSP*nbits bits, i.e. 60 bits in the considered example.
  • circuit 620 For each individual adjustment signal of an LED of the macropixel, a digital-analog conversion of the individual adjustment signal received on the terminal Vdata can be implemented. A bias signal (current or voltage) depending on the adjustment signal received is then applied to the LED.
  • circuit 620 comprises a digital-analog converter, ie n*nbSP digital-analog converters in total.
  • the analog output signal of the digital-analog converter associated with an LED is for example directly applied to the anode of the LED.
  • the output signal from the digital-to-analog converter is used to set a controllable current source injecting current into the LED.
  • the elementary chips 610 of the display device of the figure 6 can be arranged in a matrix along rows and columns, and interconnected in rows and columns so as to allow simultaneous control, row by row, of the macropixels of the device.
  • each elementary chip 510 or 610 of the device are monochromatic pixels of the type described in relation to the figure 1 , that is to say not divided into sub-pixels suitable for transmitting in distinct wavelength ranges.
  • the variant of figure 6 (digital transmission of adjustment signals) can be adapted to the case where the elementary chip 610 comprises, as in the example of the picture 3 , a single pixel divided into several sub-pixels adapted to emit in distinct wavelength ranges.
  • the figures 9A, 9B and 9C are schematic views of an elementary chip of an image display device of the type described above.
  • the chip comprises 6 pixels P1, P2, P3, P4, P5 and P6 each comprising three sub-pixels SP r , SP g and SP b adapted to emit in three distinct wavelength ranges.
  • the figure 9A is a top view of the chip
  • the Figure 9B is a sectional view of the chip according to plan 9B-9B of the figure 9A
  • the figure 9C is a bottom view of the chip.
  • the chip comprises a first substrate 901, for example based on III-V semiconductor, in which the LEDs 120 r , 120 g , 120 b of the chip are formed, and, attached and electrically connected to the substrate 901, a second substrate 903, for example in silicon, in which the chip control circuit is formed.
  • the chip comprises, on the side of the face of the substrate 903 opposite to the substrate 901, a zone electrical connection 905 comprising the four external connection terminals Vp, Vn, Vsel and Vdata of the chip.
  • each macropixel is surmounted by one or more lenses, not shown, suitable for performing the angular separation, along the x axis, of the beams corresponding to the different pixels of the macropixel.
  • each pixel Pi the sub-pixels SP r , SP g , SP b of the pixel are arranged in a strip, aligned along a y axis substantially orthogonal to the x axis, and substantially parallel to the columns of the macropixel matrix.
  • the figure 10 is a schematic and partial top view of an example of a transfer substrate for the elementary chips of a display device of the type described above in relation to the figures 3 to 8 .
  • a portion of the transfer substrate corresponding to a sub-matrix of three rows by two columns of the display device, has been represented.
  • the transfer substrate comprises for example a support plate or sheet 1010 made of an insulating material, for example glass or plastic.
  • the transfer substrate further comprises electrical connection elements, and in particular conductive tracks and conductive pads, formed by printing on the upper face of the support plate 1010. These electrical connection elements are formed by printing a succession of conductive and insulating levels on the upper face of the support plate 1010.
  • the electrical connection elements are for example formed by a printing process of the inkjet printing type, by screen printing, by rotogravure, or by any other suitable method.
  • the transfer substrate of the figure 10 is a passive substrate, that is to say it comprises only electrical connection elements. Active circuits for controlling the display device, suitable for powering and controlling the elementary chips of the device via the electrical connection elements of the transfer substrate, are for example connected to the electrical connection elements of the transfer substrate at the periphery of the transfer substrate.
  • the manufacture of the transfer substrate comprises the following three successive printing steps.
  • a plurality of conductive tracks substantially parallel to the direction of the lines of the display device is printed on the upper face of the support plate 1010. More particularly, in this example, during the first printing step, for each row of the display device, two conductive tracks L1 and L2 extending over substantially the entire length of the rows of the display device are printed.
  • the tracks L1 are intended to convey the control signals Vsel of the various rows of pixels or macropixels of the device.
  • the tracks L2 are intended to distribute the low supply potential Vn of the device.
  • the conductive elements printed during this first printing step define a first conductive level M1 of the transfer substrate.
  • certain portions of the conductive tracks L1 and L2 are covered with an insulating material 1012, so as to allow the subsequent printing of conductive tracks extending above the tracks L1 and L2, without creating a short circuit with the L1 and L2 tracks.
  • a plurality of conductive tracks substantially parallel to the direction of the columns of the display device is printed on the upper face of the support plate 1010. More particularly, in this example, during the third printing step, for each column of the display device, two conductive tracks C1 and C2 extending over substantially the entire length of the columns of the display device are printed.
  • the tracks C1 are intended to convey the control signals Vdata of the various columns of pixels or macropixels of the device.
  • the tracks C2 are intended to distribute the high supply potential Vp of the device.
  • the conductive tracks C1 and C2 are insulated from the conductive tracks L1 and L2 by the insulating regions 1012 formed in the previous step.
  • Pad P1 is connected to conductive track L1 associated with the row to which the pixel or macropixel belongs. For this, the pad P1 extends over and in contact with the upper face of the track L1 in a zone of the track L1 not covered by the insulating material 1012.
  • the pad P2 is connected to the conductive track C2 associated with the column to which the pixel or macropixel belongs. For this, the range P2 is contiguous to the conductive track C2.
  • Pad P3 is connected to conductive track L2 associated with the line to which the pixel or macropixel belongs.
  • the range P3 extends over and in contact with the upper face of track L2, in an area of track L2 not coated with insulating material 1012.
  • Pad P4 is connected to conductive track C1 associated with the column to which the pixel or macropixel belongs.
  • the range P4 is contiguous to the conductive track C1.
  • the conductive tracks and areas printed during the third step define a second conductive level M2 of the transfer substrate.
  • alignment patterns for transferring the chips can also be printed in the second conductive level M2.
  • An advantage of the transfer substrate described in relation to the figure 10 is that all the conductive pads for connecting the transfer substrate to the elementary chips of the display device (pads P1, P2, P3 and P4) are formed in the same conductive level, during the same printing step.
  • the pads P1, P2, P3 and P4 associated with the same pixel or macropixel of the device can be formed very close to each other, for example separated two by two by less than 20 ⁇ m, preferably separated two by two of less than 10 ⁇ m, preferably separated two by two by less than 5 ⁇ m, which would be difficult or even impossible to obtain if the conductive pads P1 and P3 were formed during the first printing step, and the conductive pads P2 and P4 during the third printing step.
  • the print resolution of the conductive patterns during the same printing step is relatively high, while there may be a relatively large alignment error between conductive patterns formed during different printing steps. .
  • the embodiment of the figure 10 makes it possible to maximize the conductive surface occupied by the pads P1, P2, P3, P4 in the connection zones of the substrate to the elementary chips, which makes it possible to facilitate the subsequent step of mounting the elementary chips on the transfer substrate, by releasing in particular the alignment constraints of the chips with respect to the transfer substrate.
  • the transfer substrate described in relation to the figure 10 can be used not only in a display device of the type described in connection with the figures 3 to 8 , in which each elementary chip of the device comprises several individually adjustable LEDs, but also in a display device of the type described in relation to the figure 1 in which each elementary chip of the device comprises a single LED.
  • each elementary chip of the display device comprises four connection terminals on the outside
  • the transfer substrate described in relation to the figure 10 can be adapted to a display device in which each elementary chip comprises a number of external connection terminals different from four.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif d'affichage comportant un substrat de report (1010) comportant des éléments de connexion électrique (L1, L2, C1, C2, P1, P2, P3, P4), et une pluralité de puces semiconductrices, dans lequel le substrat de report (1010) comprend une plaque isolante, les éléments de connexion électrique du substrat étant formés par impression, sur une face de ladite plaque, d'un premier niveau conducteur, suivi d'un niveau isolant, suivi d'un deuxième niveau conducteur, les éléments de connexion électrique du substrat comportant : une pluralité de premières pistes conductrices (L1, L2) formées dans le premier niveau conducteur ; une pluralité de deuxièmes pistes conductrices (C1, C2) formées dans le deuxième niveau conducteur ; et pour chaque puce du dispositif, une pluralité de plages de connexion électrique (P1, P2, P3, P4) connectées respectivement à des bornes de connexion de la puce, lesdites plages étant toutes formées dans le deuxième niveau conducteur.

Description

  • La présente demande de brevet revendique la priorité de la demande de brevet français FR17/52955 qui sera considérée comme faisant partie intégrante de la présente description.
    • Domaine
  • La présente demande concerne la réalisation d'un dispositif d'affichage d'images émissif à diodes électroluminescentes (LED), par exemple un écran de télévision, d'ordinateur, de smartphone, de tablette numérique, etc.
    • Exposé de l'art antérieur
  • Il a déjà été proposé, dans la demande de brevet français n°1561421 déposée le 26 novembre 2015 , un dispositif d'affichage d'images comportant une pluralité de puces électroniques élémentaires disposées en matrice sur un même substrat de report. Les puces sont montées solidaires du substrat de report et connectées à des éléments de connexion électrique du substrat de report pour leur commande. Chaque puce comporte un empilement d'une LED et d'un circuit de commande de la LED et correspond à un pixel du dispositif.
  • Il serait souhaitable de pouvoir améliorer au moins en partie certains aspects d'un dispositif d'affichage d'images de ce type.
    • Résumé
  • Ainsi, un mode de réalisation prévoit un dispositif d'affichage émissif comportant :
    • un substrat de report comportant des éléments de connexion électrique ; et
    • une pluralité de puces semiconductrices solidarisées au substrat et connectées aux éléments de connexion électrique du substrat pour leur commande, chaque puce comportant :
      • au moins une LED ;
      • une pluralité de bornes de connexion au substrat ; et
      • un circuit de commande à base de transistors adapté à appliquer à la dite au moins une LED un signal de polarisation en fonction de signaux reçus sur les bornes de connexions de la puce au substrat,
    • dans lequel le substrat de report comprend une plaque isolante, les éléments de connexion électrique du substrat étant formés par impression, sur une face de ladite plaque, d'un premier niveau conducteur, suivi d'un niveau isolant, suivi d'un deuxième niveau conducteur, les éléments de connexion électrique du substrat comportant :
      • une pluralité de premières pistes conductrices formées dans le premier niveau conducteur ;
      • une pluralité de deuxièmes pistes conductrices formées dans le deuxième niveau conducteur ; et
      • pour chaque puce du dispositif, une pluralité de plages de connexion électrique connectées respectivement aux bornes de connexion de la puce, lesdites plages étant toutes formées dans le deuxième niveau conducteur.
  • Selon un mode de réalisation, les premières pistes conductrices sont sensiblement parallèles, et les deuxièmes pistes conductrices sont sensiblement orthogonales aux premières pistes.
  • Selon un mode de réalisation, dans chaque puce élémentaire du dispositif, ladite au moins une LED de la puce est formée dans un premier substrat à base de semiconducteur III-V, et le circuit de commande de la puce est formé dans un deuxième substrat à base de silicium, accolé et connecté électriquement au premier substrat.
  • Selon un mode de réalisation, dans chaque puce élémentaire, les bornes de connexion de la puce sont formées du côté de la face du deuxième substrat opposée au premier substrat.
  • Selon un mode de réalisation, chaque puce élémentaire est disposée de façon que la face de son deuxième substrat opposée au premier substrat soit tournée vers le substrat de report de façon à réaliser des connexions électriques directes entre les bornes de connexion de la puce et les plages de connexion électrique du substrat de report.
  • Selon un mode de réalisation, pour chaque puce du dispositif, le substrat de report comprend au moins une plage de connexion électrique connectée à une première piste conductrice du substrat de report, et au moins une plage de connexion électrique connectée à une deuxième piste conductrice du substrat de report.
  • Selon un mode de réalisation, chaque puce élémentaire comprend une première borne de connexion au substrat destinée à recevoir un signal de réglage de ladite au moins une LED de la puce.
  • Selon un mode de réalisation, chaque puce élémentaire comprend en outre une deuxième borne de connexion au substrat destinée à recevoir un signal de sélection et/ou de synchronisation.
  • Selon un mode de réalisation, chaque puce élémentaire comprend en outre des troisième et quatrième bornes de connexion au substrat destinées à recevoir respectivement un potentiel d'alimentation haut et un potentiel d'alimentation bas de la puce.
  • Selon un mode de réalisation, chaque puce élémentaire comprend une pluralité de LED, et la première borne de connexion de la puce est destinée à recevoir, pour chaque LED de la puce, un signal de réglage individuel de la LED, les signaux de réglage individuels des différentes LED de la puce étant multiplexés temporellement sur ladite première borne.
  • Selon un mode de réalisation, dans chaque puce élémentaire, le circuit de commande de la puce est adapté à démultiplexer les signaux reçus sur ladite première borne et à appliquer à chaque LED de la puce un signal de polarisation fonction du signal de réglage individuel de la LED reçu sur ladite première borne.
    • Brève description des dessins
  • Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
    • la figure 1 est un schéma électrique des circuits d'une puce élémentaire d'un exemple d'un dispositif d'affichage d'images ;
    • la figure 2 est un schéma électrique des circuits d'une puce élémentaire d'un autre exemple d'un dispositif d'affichage d'images ;
    • la figure 3 est un schéma électrique simplifié des circuits d'une puce élémentaire d'un exemple d'un dispositif d'affichage d'images selon un mode de réalisation ;
    • la figure 4 est un chronogramme illustrant un exemple d'un mode de fonctionnement de la puce élémentaire de la figure 3 ;
    • la figure 5 est un schéma électrique simplifié des circuits d'une puce élémentaire d'un autre exemple d'un dispositif d'affichage d'images selon un mode de réalisation ;
    • la figure 6 est un schéma électrique simplifié des circuits d'une puce élémentaire d'un autre exemple d'un dispositif d'affichage d'images selon un mode de réalisation ;
    • les figures 7 et 8 sont des chronogrammes illustrant un exemple d'un mode de fonctionnement de la puce élémentaire de la figure 6 ;
    • les figures 9A, 9B et 9C sont des vues schématiques respectivement de dessus, en coupe et de dessous d'un exemple d'une puce élémentaire d'un dispositif d'affichage d'images selon un mode de réalisation ; et
    • la figure 10 est une vue de dessus d'un exemple d'un substrat de report d'un dispositif d'affichage d'images selon un mode de réalisation.
    Description détaillée
  • De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures et, de plus, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. Par souci de clarté, seuls les éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, la fabrication des puces élémentaires des dispositifs d'affichage décrits n'a pas été détaillée, la fabrication de ces puces étant à la portée de l'homme du métier à partir des enseignements de la présente description. A titre d'exemple, les puces élémentaires des dispositifs d'affichage décrits, comportant chacune une ou plusieurs LED et un circuit de commande à base de transistors, peuvent être fabriquées selon des procédés identiques ou similaires à ceux décrits dans la demande de brevet français n°1561421 susmentionnée, dont le contenu est considéré comme faisant partie intégrante de la présente description et est ici incorporé par référence dans la mesure autorisée par la loi. Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence à l'orientation des figures, étant entendu que, dans la pratique, les dispositifs décrits peuvent être orientés différemment. Sauf précision contraire, les expressions "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près, ou, lorsqu'il s'agit de valeur angulaires ou d'orientation angulaires, à 10 degrés près, de préférence à 5 degrés près.
  • La figure 1 est un schéma électrique des circuits d'une puce élémentaire 110 d'un dispositif d'affichage d'images du type décrit dans la demande de brevet français n°1561421 susmentionnée.
  • La puce 110 comprend une LED 120, de préférence une LED inorganique, par exemple une LED au nitrure de gallium ou à base de tout autre semiconducteur III-V adapté à la réalisation d'une LED. La puce 110 comprend en outre un circuit actif 130 de commande de la LED 120, par exemple un circuit à base de transistors, adapté à contrôler l'émission de lumière par la LED.
  • A titre d'exemple, le circuit de commande 130 et la LED 120 sont d'abord formés séparément, respectivement dans et sur un substrat de silicium pour le circuit 130, et sur un substrat de croissance adapté, par exemple en saphir, pour la LED 120. La LED 120 est réalisée de façon à présenter des contacts électriques d'anode et de cathode du côté de sa face opposée au substrat de croissance. Le circuit de contrôle 130 comprend quant à lui, du côté d'une première face du substrat de silicium, des zones de connexion électrique destinées à être mises en contact avec les contacts d'anode et de cathode de la LED, et, du côté d'une deuxième face du substrat de silicium opposée à la première face, des bornes de connexion à un dispositif extérieur pour la commande de la puce. Le circuit 130 et la LED 120 sont ensuite solidarisés par collage de la face de la LED opposée au substrat de croissance sur la première face du circuit 130. La puce comprenant le circuit 130 et la LED 120 est ensuite reportée sur un substrat de report, par exemple un substrat de report passif, comportant des éléments de connexion électrique pour l'alimentation et la commande de la puce. Lors du report, la puce est disposée de façon que la deuxième face du circuit 130 de la puce soit tournée vers le substrat de report, afin de réaliser des connexions électriques directes entre les bornes de connexion à l'extérieur de la puce et des plages de connexion électrique du substrat de report. Le substrat de croissance peut en outre être retiré avant ou après la fixation de la puce sur le substrat de report.
  • Dans cet exemple, la puce 110 comprend quatre bornes de connexion à l'extérieur Vp, Vn, Vsel, et Vdata. Par souci de simplification, dans la présente description, les signaux électriques appliqués sur les bornes de connexion des puces sont désignés par les mêmes références que les bornes elles-mêmes. Les bornes Vp et Vn sont destinées à recevoir respectivement un potentiel d'alimentation bas Vp (par exemple la masse) et un potentiel d'alimentation haut (c'est-à-dire supérieur au potentiel d'alimentation bas) Vn de la puce. Les bornes Vsel et Vdata sont destinées à recevoir des signaux de commande de la puce. Plus particulièrement, le signal Vsel est un signal de sélection de la puce, et le signal Vdata est un signal de réglage du niveau de luminosité de la puce.
  • Dans l'exemple de la figure 1, le circuit de commande 130 de la puce comprend deux transistors 131 et 133 et un élément capacitif 135, par exemple un condensateur. Dans cet exemple, les transistors 131 et 133 sont des transistors MOS. Plus particulièrement, le transistor 131 est un transistor MOS à canal N et le transistor 133 est un transistor MOS à canal P. Le transistor 131 a un premier noeud de conduction (source ou drain dans cet exemple) connecté à la borne Vdata, un deuxième noeud de conduction (drain ou source dans cet exemple) connecté à un noeud intermédiaire a1 de la puce, et un noeud de commande (grille dans cet exemple) connecté à la borne Vsel. L'élément capacitif 135 a une première électrode connectée au noeud a1 et une deuxième électrode connectée à la borne Vp. Le transistor 133 a un premier noeud de conduction connecté à la borne Vp, un deuxième noeud de conduction connecté à l'anode de la LED 120, et un noeud de commande connecté au noeud a1. La cathode de la LED 120 est connectée à la borne Vn.
  • Dans la puce élémentaire 110, le transistor 131 est utilisé en commutation (passant ou bloqué) pour permettre ou non la mise à jour du réglage de luminosité de la LED. Le transistor 133 fonctionne en régime linéaire pour contrôler l'intensité du courant injecté dans la LED.
  • Le fonctionnement de la puce élémentaire 110 lors d'une phase de mise à jour du niveau de luminosité du pixel est le suivant. Le transistor 131 est fermé (rendu passant) par l'application d'un signal de commande adapté sur la borne Vsel. L'élément capacitif 135 se charge alors à un niveau de tension fonction du signal de réglage appliqué sur la borne Vdata de la puce. Le niveau du signal de réglage Vdata fixe le potentiel du noeud a1, et par conséquent l'intensité du courant injecté dans la LED par le transistor 133, et donc l'intensité lumineuse émise par la LED. Le transistor 131 peut ensuite être rouvert. Le noeud a1 reste alors à un potentiel sensiblement égal au potentiel Vdata. Ainsi, le courant injecté dans la LED reste sensiblement constant après la réouverture du transistor 131, et ce jusqu'à la prochaine mise à jour du potentiel du noeud a1.
  • En pratique, un dispositif d'affichage peut comporter une pluralité de puces élémentaires 110 identiques ou similaires montées sur un même substrat de report selon un agencement en matrice selon des lignes et des colonnes, les puces étant connectées à des éléments de connexion électrique du substrat pour leur commande, et chaque puce correspondant à un pixel du dispositif d'affichage.
  • A titre d'exemple, les pixels du dispositif d'affichage sont commandables simultanément ligne par ligne. Autrement dit, pour chaque ligne de la matrice, les puces de la ligne ont leurs bornes de commande Vsel connectées à une même piste conductrice de commande de ligne du substrat de report, les puces de lignes distinctes ayant leurs bornes de commande Vsel connectées à des pistes conductrices de commande de ligne distinctes du substrat de report. De plus, pour chaque colonne de la matrice, les puces de la colonne ont leurs bornes de commande Vdata connectées à une même piste conductrice de commande de colonne du substrat de report, les puces de colonnes distinctes ayant leurs bornes de commande Vdata connectées à des pistes conductrices de commande de colonne distinctes du substrat de report. Lors de l'affichage d'une image, les pixels du dispositif peuvent ainsi être rafraîchis simultanément ligne par ligne.
  • Pour réaliser un dispositif d'affichage d'images couleur, une possibilité est de prévoir, pour chaque pixel du dispositif, plusieurs puces élémentaires voisines adaptées à émettre dans des gammes de longueurs d'ondes distinctes, par exemple trois puces élémentaires adaptées à émettre respectivement de la lumière rouge, de la lumière verte et de la lumière bleue. Chaque puce élémentaire correspond alors à un sous-pixel du dispositif. Les puces élémentaires de couleurs distinctes peuvent comporter des LED de natures distinctes adaptées à émettre dans des gammes de longueurs d'ondes distinctes, ou des LED de même nature surmontées de filtres ou d'éléments de conversion photoluminescents de natures distinctes.
  • Un problème qui se pose réside alors dans le nombre et la densité des éléments de connexion électrique qui doivent être prévus sur le substrat de report pour permettre de commander individuellement chaque sous-pixel du dispositif.
  • Pour limiter le nombre d'éléments de connexion électrique du substrat de report, une possibilité est d'intégrer sur une même puce élémentaire les différents sous-pixels d'un même pixel du dispositif.
  • La figure 2 est un schéma électrique d'une puce élémentaire 210 d'un dispositif d'affichage dans lequel chaque puce élémentaire correspond à un pixel du dispositif et intègre trois sous-pixels SPr, SPg et SPb adaptés à émettre respectivement de la lumière rouge, de la lumière verte et de la lumière bleue.
  • Chaque sous-pixel SPr, SPg, SPb de la puce 210 comprend sensiblement les mêmes éléments de circuit que la puce 110 de la figure 1, à savoir une LED 120r, respectivement 120g, respectivement 120b, un transistor de sélection 131r, respectivement 131g, respectivement 131b, un transistor de réglage de courant 133r, respectivement 133g, respectivement 133b, et un élément capacitif 135r, respectivement 135g, respectivement 135b.
  • Dans cet exemple, la puce comprend six bornes de connexion à l'extérieur Vp, Vn, Vsel, Vdatar, Vdatag et Vdatab. Les bornes Vp et Vn sont destinées à recevoir respectivement les potentiels d'alimentation bas Vp et haut Vn de la puce. Les bornes Vsel, Vdatar, Vdatag et Vdatab sont destinées à recevoir des signaux de commande de la puce. Plus particulièrement, le signal Vsel est un signal de sélection de la puce, et les signaux Vdatar, Vdatag et Vdatab sont des signaux de réglage individuels des niveaux de luminosité des LED 120r, 120g et 120b respectivement.
  • Chacun des transistors 131r, 131g et 131b a son noeud de commande connecté à la borne Vsel. Le transistor 131r a un premier noeud de conduction connecté à la borne Vdatar et un deuxième noeud de conduction connecté à un noeud intermédiaire a1r de la puce, le transistor 131g a un premier noeud de conduction connecté à la borne Vdatag et un deuxième noeud de conduction connecté à un noeud intermédiaire a1g de la puce, et le transistor 131b a un premier noeud de conduction connecté à la borne Vdatab et un deuxième noeud de conduction connecté à un noeud intermédiaire a1b de la puce. L'élément capacitif 135r a une première électrode connectée au noeud a1r et une deuxième électrode connectée à la borne Vp, l'élément capacitif 135g a une première électrode connectée au noeud a1g et une deuxième électrode connectée à la borne Vp, et l'élément capacitif 135b a une première électrode connectée au noeud a1b et une deuxième électrode connectée à la borne Vp. Le transistor 133r a un premier noeud de conduction connecté à la borne Vp, un deuxième noeud de conduction connecté à l'anode de la LED 120r, et un noeud de commande connecté au noeud a1r, le transistor 133g a un premier noeud de conduction connecté à la borne Vp, un deuxième noeud de conduction connecté à l'anode de la LED 120g, et un noeud de commande connecté au noeud a1g, et le transistor 133b a un premier noeud de conduction connecté à la borne Vp, un deuxième noeud de conduction connecté à l'anode de la LED 120b, et un noeud de commande connecté au noeud a1b. Chacune des LED 120r, 120g, 120b a sa cathode connectée à la borne Vn.
  • Les LED 120r, 120g et 120b sont par exemple des LED de natures distinctes adaptées à émettre de la lumière dans des gammes de longueurs d'ondes distinctes. A titre de variante, les LED 120r, 120g et 120b sont de même nature et émettent dans la même gamme de longueurs d'onde, mais sont surmontées de filtres ou d'éléments de conversion photoluminescents de natures distinctes de façon que les pixels SPr, SPg et SPb émettent dans des gammes de longueurs d'onde distinctes.
  • Le fonctionnement de la puce élémentaire 210 est par exemple similaire à ce qui a été décrit en relation avec la figure 1, à la différence près que, dans l'exemple de la figure 2, lors de la sélection de la puce élémentaire 210 par application d'un signal de commande adapté sur la borne Vsel, les potentiels des noeuds a1r, a1g et a1b sont simultanément mis à jour en fonction des potentiels appliqués sur les bornes Vdatar, Vdatag et Vdatab respectivement, ce qui conduit à mettre à jour simultanément les réglages de luminosité individuels des LED 120r, 120g et 120b.
  • Un inconvénient du dispositif d'affichage de la figure 2 est que le nombre d'éléments de connexion électrique à prévoir sur le substrat de report pour permettre de commander individuellement chaque pixel du dispositif reste relativement élevé, notamment en raison du fait que les signaux de réglage de luminosité Vdatar, Vdatag et Vdatab sont portés par des pistes conductrices distinctes du substrat de report.
  • Selon un aspect d'un mode de réalisation, on prévoit de réaliser un dispositif d'affichage dans lequel chaque puce élémentaire intègre plusieurs sous-pixels commandables individuellement, mais dans lequel, dans chaque puce élémentaire, une unique borne de connexion à l'extérieur est prévue pour recevoir les signaux de réglage de luminosité individuels des différents sous-pixels de la puce, les signaux de réglage de luminosités individuels des sous-pixels étant multiplexés temporellement sur cette borne de connexion.
  • La figure 3 est un schéma électrique simplifié des circuits d'une puce élémentaire 310 d'un exemple d'un dispositif d'affichage d'images selon un mode de réalisation.
  • Comme dans l'exemple de la figure 2, chaque puce élémentaire 310 correspond à un pixel du dispositif et intègre trois sous-pixels SPr, SPg et SPb adaptés à émettre respectivement de la lumière rouge, de la lumière verte et de la lumière bleue.
  • Chaque sous-pixel SPr, SPg, SPb de la puce 310 comprend sensiblement les mêmes éléments de circuit que dans l'exemple de la figure 2, à savoir une LED 120r, respectivement 120g, respectivement 120b, un transistor de sélection 131r, respectivement 131g, respectivement 131b, un transistor de réglage de courant 133r, respectivement 133g, respectivement 133b, et un élément capacitif 135r, respectivement 135g, respectivement 135b. Dans l'exemple représenté, les transistors 131r, 131g, 131b, 133r, 133g, 133b sont des transistors MOS à canal N.
  • Dans cet exemple, la puce comprend quatre bornes de connexion à l'extérieur Vp, Vn, Vsel et Vdata. Les bornes Vp et Vn sont destinées à recevoir respectivement un potentiel d'alimentation bas Vp et un potentiel d'alimentation haut Vn de la puce. Les bornes Vsel et Vdata sont destinées à recevoir des signaux de commande de la puce. Plus particulièrement, la borne Vsel est destinée à recevoir un signal de sélection de la puce, et la borne Vdata est destinée à recevoir des signaux individuels de réglage des niveaux de luminosité des LED 120r, 120g, 120b, multiplexés temporellement.
  • La puce 310 comprend en outre un circuit de sélection interne 312 recevant le signal Vsel et fournissant des signaux de sélection Lr, Lg et Lb appliqués respectivement sur les grilles des transistors 131r, 131g et 131b. Plus particulièrement, dans l'exemple représenté, le circuit 312 comprend trois noeuds de sortie Lr, Lg et Lb connectés respectivement aux grilles de transistors 131r, 131g et 131b. Le circuit 312 est en outre relié aux bornes Vp et Vn de la puce pour son alimentation.
  • Le transistor 131r a un premier noeud de conduction connecté à la borne Vdata et un deuxième noeud de conduction connecté à un noeud intermédiaire a1r de la puce, le transistor 131g a un premier noeud de conduction connecté à la borne Vdata et un deuxième noeud de conduction connecté à un noeud intermédiaire a1g de la puce, et le transistor 131b a un premier noeud de conduction connecté à la borne Vdata et un deuxième noeud de conduction connecté à un noeud intermédiaire a1b de la puce. L'élément capacitif 135r a une première électrode connectée au noeud a1r et une deuxième électrode connectée à la borne Vn, l'élément capacitif 135g a une première électrode connectée au noeud a1g et une deuxième électrode connectée à la borne Vn, et l'élément capacitif 135b a une première électrode connectée au noeud a1b et une deuxième électrode connectée à la borne Vn. Le transistor 133r a un premier noeud de conduction connecté à la borne Vp, un deuxième noeud de conduction connecté à l'anode de la LED 120r, et un noeud de commande connecté au noeud a1r, le transistor 133g a un premier noeud de conduction connecté à la borne Vp, un deuxième noeud de conduction connecté à l'anode de la LED 120g, et un noeud de commande connecté au noeud a1g, et le transistor 133b a un premier noeud de conduction connecté à la borne Vp, un deuxième noeud de conduction connecté à l'anode de la LED 120b, et un noeud de commande connecté au noeud a1b. Chacune des LED 120r, 120g, 120b a sa cathode connectée à la borne Vn.
  • La figure 4 est un chronogramme illustrant un exemple d'un mode de fonctionnement de la puce élémentaire 310 de la figure 3. Plus particulièrement, la figure 4 représente l'évolution, en fonction du temps, des signaux Vdata, Vsel, Lr, Lg et Lb de la puce 310 lors d'une phase de mise à jour des niveaux de luminosité individuels des sous-pixels SPr, SPg et SPb de la puce.
  • Pour commander la mise à jour des niveaux de luminosité individuels des sous-pixels SPr, SPg et SPb de la puce, un train d'impulsions est appliqué sur la borne Vsel de la puce. Plus particulièrement, dans cet exemple, le train d'impulsions comprend nbSP+1 impulsions, par exemple régulièrement espacées dans le temps, où nbSP est le nombre de sous-pixels de la puce (nbSP=3 dans cet exemple) . Le front montant de la première impulsion du train d'impulsions marque le début de la phase de mise à jour du pixel, et le front montant de la dernière impulsion du train d'impulsions marque la fin de la phase de mise à jour du pixel.
  • A un instant t0 de début de la phase de mise à jour du pixel, correspondant au front montant de la première impulsion du signal Vsel, le circuit de sélection interne 312 commande la fermeture du transistor de sélection 131r du sous-pixel SPr, et le maintien à l'état ouvert des transistors de sélection 131g et 131b des sous-pixels SPg et SPb. Pour cela, dans cet exemple, à l'instant t0, le signal Lr est mis à un état haut et les signaux Lg et Lb sont mis à un état bas.
  • Entre l'instant t0 et un instant t1 correspondant au front montant de la deuxième impulsion du signal Vsel, le condensateur 135r du pixel SPr se charge à un niveau de tension fonction du potentiel appliqué sur la borne Vdata entre les instants t0 et t1, tandis que les niveaux de tension des condensateurs 135g et 135b restent sensiblement inchangés.
  • A l'instant t1, le circuit de sélection interne 312 commande l'ouverture du transistor de sélection 131r du sous-pixel SPr, la fermeture du transistor de sélection 131g du sous-pixel SPg, et le maintien à l'état ouvert du transistor de sélection 131b du sous-pixel SPb. Pour cela, dans cet exemple, à l'instant t1, le signal Lr est mis à l'état bas, le signal Lg est mis à l'état haut, et le signal Lb est maintenu à l'état bas.
  • Entre l'instant t1 et un instant t2 correspondant au front montant de la troisième impulsion du signal Vsel, le condensateur 135g du pixel SPg se charge à un niveau de tension fonction du potentiel appliqué sur la borne Vdata entre les instants t1 et t2, tandis que les niveaux de tension des condensateurs 135r et 135b restent sensiblement inchangés.
  • A l'instant t2, le circuit de sélection interne 312 commande l'ouverture du transistor de sélection 131g du sous-pixel SPg, la fermeture du transistor de sélection 131b du sous-pixel SPb, et le maintien à l'état ouvert du transistor de sélection 131r du sous-pixel SPr. Pour cela, dans cet exemple, à l'instant t2, le signal Lg est mis à l'état bas, le signal Lb est mis à l'état haut, et le signal Lr est maintenu à l'état bas.
  • Entre l'instant t2 et un instant t3 correspondant au front montant de la troisième impulsion du signal Vsel, le condensateur 135b du pixel SPb se charge à un niveau de tension fonction du potentiel appliqué sur la borne Vdata entre les instants t2 et t3, tandis que les niveaux de tension des condensateurs 135r et 135g restent sensiblement inchangés.
  • L'instant t3 marque la fin de la phase de mise à jour du pixel. A partir de l'instant t3, les niveaux de luminosités des LED 120r, 120g et 120b restent sensiblement inchangés jusqu'à la prochaine mise à jour du pixel.
  • Comme on peut le voir sur la figure 4, dans cet exemple, le niveau du signal Vdata varie entre les instants t0 et t3, par paliers à chaque nouveau front montant du signal Vsel. La portion du signal Vdata entre les instants t0 et t1 correspond à un signal individuel de réglage de la LED 120r du sous-pixel SPr, la portion du signal Vdata entre les instants t1 et t2 correspond à un signal individuel de réglage de la LED 120g du sous-pixel SPg, et la portion du signal Vdata entre les instants t2 et t3 correspond à un signal individuel de réglage de la LED 120g du sous-pixel SPg. Les signaux de réglage individuels Vdatar, Vdatag et Vdatab sont donc multiplexés temporellement sur la borne Vdata. L'ensemble comprenant le circuit de sélection interne 312, les transistors 131r, 131g, 131b, 133r, 133g, 133b et les condensateurs 135r, 135g et 135b de la puce constitue un circuit de commande adapté à démultiplexer les signaux de réglage individuels reçus sur la borne Vdata, et à appliquer à chaque LED de la puce un signal de polarisation (un courant dans cet exemple) fonction du signal de réglage individuel de la LED.
  • On notera que la réalisation du circuit de sélection interne 312 de la puce, adapté à mettre en oeuvre le fonctionnement décrit en relation avec la figure 4, n'a pas été détaillé, la réalisation d'un tel circuit étant à la portée de l'homme du métier à partir des indications fonctionnelles de la présente description. A titre d'exemple, le circuit 312 peut comporter un compteur d'impulsions à deux étages associé à des portes de décodage, et à un mécanisme de réinitialisation, par exemple obtenu par un montage de type détecteur d'enveloppe recevant en entrée le signal Vsel.
  • De façon similaire à ce qui a été décrit en relation avec la figure 1, les puces élémentaires 310 du dispositif d'affichage de la figure 3 peuvent être agencées en matrice selon des lignes et des colonnes, et interconnectés en lignes et en colonnes de façon à permettre une commande simultanée, ligne par ligne, des pixels du dispositif.
  • Un avantage du mode de réalisation décrit en relation avec la figure 3 est que chaque puce élémentaire 310 comprend une unique borne Vdata pour recevoir les signaux de réglage individuels de l'ensemble des sous-pixels de la puce. Ainsi, dans l'exemple de la figure 3, chaque puce élémentaire 310 comprend seulement quatre bornes de connexion à l'extérieur, c'est-à-dire pas plus que dans une puce élémentaire du type décrit en relation avec la figure 1 (comprenant une unique LED). Ceci permet en particulier, par rapport à l'exemple de la figure 2, de réduire le nombre d'éléments de connexion électrique à prévoir sur le substrat de report. En effet, dans le mode de réalisation de la figure 3, les signaux de réglage individuel de luminosité Vdatar, Vdatag et Vdatab des différents sous-pixels d'une même puce 310 sont portés par une même piste conductrice du substrat de report.
  • On notera que les modes de réalisation décrits ne se limitent pas à l'exemple particulier décrit en relation avec la figure 3, dans lequel chaque puce élémentaire comprend un unique pixel divisé en trois sous-pixels adaptés à émettre dans trois gammes de longueurs d'ondes distinctes. A titre de variante, chaque puce élémentaire peut comprendre un unique pixel divisé en un nombre de sous-pixels différent de trois. Dans une autre variante, chaque puce élémentaire peut comprendre plusieurs pixels divisés ou non en sous-pixels de couleurs distinctes.
  • En particulier, comme cela va être expliqué plus en détail ci-après, les modes de réalisation décrits sont particulièrement adaptés à la réalisation d'un dispositif d'affichage dit multi-vues, c'est-à-dire dans lequel l'image à afficher est divisée en macropixels comportant chacun une pluralité de pixels correspondant à des vues différentes de la scène que l'on souhaite reproduire. A titre d'exemple, les différents pixels d'un même macropixel correspondent respectivement à un même pixel de différentes images d'une même scène, prises sous des angles de vue différents. Un dispositif d'affichage multi-vues peut par exemple être utilisé dans des applications dans lesquelles on souhaite donner à l'utilisateur une impression de visualisation en trois dimensions.
  • La figure 5 est un schéma électrique simplifié des circuits d'une puce élémentaire 510 d'un exemple d'un dispositif d'affichage d'images multi-vues selon un mode de réalisation.
  • Dans cet exemple, chaque puce élémentaire 510 correspond à un macropixel du dispositif, comprenant n pixels P1, P2, ... Pn destinés à afficher respectivement un même point de n images différentes, correspondant par exemple à n vues différentes d'une même scène, où n est un entier supérieur à 1, par exemple compris dans la gamme allant de 2 à 50. Dans cet exemple, chaque pixel Pi du macropixel, avec i entier allant de 1 à n, comprend plusieurs sous-pixels adaptés à émettre dans des gammes de longueurs d'ondes distinctes, de façon à permettre l'affichage d'images couleur. Plus particulièrement, dans l'exemple représenté, chaque pixel Pi comprend trois sous-pixels SPr, SPg et SPb adaptés à émettre respectivement de la lumière rouge, de la lumière verte et de la lumière bleue. Comme dans l'exemple de la figure 3, la puce 510 de la figure 5 comprend quatre bornes de connexion à l'extérieur Vp, Vn, Vsel et Vdata. Chaque sous-pixel SPr, SPg, SPb de la puce 510 comprend sensiblement les mêmes éléments de circuit que dans l'exemple de la figure 3, agencés sensiblement de la même manière. Dans l'exemple de la figure 5, les transistors de sélection 131r, 131g, 131b de tous les pixels P1, P2, ... Pn de la puce 510 (soit n*3 transistors de sélection) ont leur premier noeud de conduction connecté à la même borne Vdata de la puce.
  • La puce 510 comprend en outre un circuit de sélection interne 512 similaire au circuit 312 de la figure 3, recevant le signal Vsel et fournissant, pour chaque pixel Pi, des signaux de sélection LrPi, LgPi et LbPi appliqués respectivement sur les grilles des transistors 131r, 131g et 131b du pixel Pi. Autrement dit, le circuit 512 comprend n*3 noeuds de sortie LrP1, LgP1, LbP1, LrP2, LgP2, LbP2, ... LrPn, LgPn, LbPn connectés respectivement aux grilles des transistors de sélection 131r, 131g et 131b des n pixels Pi de la puce. Le circuit 512 est en outre relié aux bornes Vp et Vn de la puce pour son alimentation.
  • Le fonctionnement de la puce élémentaire 510 de la figure 5 est similaire à ce qui a été décrit ci-dessus en relation avec les figures 3 et 4. Plus particulièrement, dans l'exemple de la figure 5, lors d'une phase de mise à jour des n*3 sous-pixels de la puce, les n*3 signaux individuels de réglages des n*3 LED de la puce sont multiplexés temporellement sur la borne Vdata de la puce. Le signal de sélection Vsel comprend par exemple un train de (n*3)+1 impulsions pour synchroniser le démultiplexage du signal Vdata à l'intérieur de la puce.
  • De façon similaire à ce qui a été décrit précédemment, les puces élémentaires 510 du dispositif d'affichage de la figure 5 peuvent être agencées en matrice selon des lignes et des colonnes, et interconnectés en lignes et en colonnes de façon à permettre une commande simultanée, ligne par ligne, des macropixels du dispositif.
  • On notera que lorsque le nombre de LED à commander individuellement dans chaque puce élémentaire du dispositif est important, il peut être avantageux de transmettre les signaux de réglage individuel des différentes LED de la puce sous la forme de données numériques sérialisées sur la borne de connexion Vdata de la puce, notamment afin de pouvoir réaliser un transfert plus rapide des signaux de réglage.
  • La figure 6 est un schéma électrique simplifié des circuits d'une puce élémentaire 610 d'un exemple d'un dispositif d'affichage d'images multi-vues selon un mode de réalisation. La puce 610 de la figure 6 diffère de la puce 510 de la figure 5 principalement en ce que, dans la puce 610, les signaux de réglage individuel des différentes LED de la puce sont reçus sous la forme de données numériques sérialisées sur la borne de connexion Vdata de la puce.
  • Comme dans l'exemple de la figure 5, la puce élémentaire 610 de la figure 6 correspond à un macropixel du dispositif d'affichage, comprenant n pixels P1, P2, ... Pn comprenant chacun trois sous-pixels SPr, SPg et SPb comprenant chacun une LED réglable individuellement. Dans cet exemple, chaque sous-pixel SPr comprend une LED 120r agencée pour émettre de la lumière rouge, chaque sous-pixel SPg comprend une LED 120g agencée pour émettre de la lumière verte, et chaque sous-pixel SPb comprend une LED 120b agencée pour émettre de la lumière bleue. Dans cet exemple, toutes les LED de la puce ont leur région de cathode connectée à la borne d'alimentation basse Vn de la puce.
  • Dans l'exemple de la figure 6, la puce 610 comprend en outre un circuit de commande 620 connecté aux bornes de connexion à l'extérieur Vsel, Vdata, Vp et Vn de la puce. Le circuit 620 est adapté à décoder le signal numérique sérialisé reçu par la puce sur sa borne Vdata, et à appliquer à chaque LED de la puce un signal de polarisation fonction du signal de réglage individuel de la LED reçu sous forme numérique sur la borne Vdata. Pour cela, le circuit 620 comprend n*3 noeuds de sortie ou noeuds de fourniture de signaux de polarisation, reliés respectivement aux régions de contact d'anode des n*3 LED de la puce. Plus particulièrement, le circuit 620 comprend, pour chaque pixel Pi de la puce, un noeud de sortie outrPi relié à l'anode de la LED 120r du pixel Pi, un noeud de sortie outgPi relié à l'anode de la LED 120g du pixel Pi, et un noeud de sortie outbPi relié à l'anode de la LED 120b du pixel Pi. Le circuit 620 est par exemple adapté à fournir à chaque LED de la puce, via son noeud de sortie connecté à l'anode de la LED, un courant de polarisation fonction du signal de réglage individuel de la LED reçu sur la borne Vdata de la puce. Dans l'exemple de la figure 6, le circuit de commande 620 vient en remplacement du circuit de commande formé par le circuit de sélection interne 512, les transistors 131r, 131g, 131b, 133r, 133g, 133b et les condensateurs 135r, 135g et 135b dans l'exemple de la figure 5.
  • Les figures 7 et 8 sont des chronogrammes illustrant un exemple d'un mode de fonctionnement de la puce élémentaire 610 de la figure 6. Plus particulièrement, la figure 7 représente de façon partielle le signal appliqué sur la borne Vsel de la puce lors d'une phase de mise à jour des niveaux de luminosité individuels des sous-pixels de la puce. La figure 8 représente l'évolution de signaux CLK et SYNC internes à la puce générés par le circuit 620 à partir du signal Vsel. La figure 8 représente en outre l'évolution du signal Vdata appliqué à la puce lors d'une phase de mise à jour des niveaux de luminosité individuels des sous-pixels de la puce.
  • Dans cet exemple, le signal Vsel est un signal à trois niveaux, un niveau bas (0), un niveau intermédiaire THCLK supérieur au niveau bas, et un niveau haut THSYNC supérieur au niveau intermédiaire. Le signal Vsel transmis à la puce 610 lors d'une phase de mise à jour des niveaux de luminosité individuels des sous-pixels de la puce correspond à la superposition d'un signal d'horloge périodique CLK, correspondant à une succession d'impulsions régulièrement espacées de niveau intermédiaire THCLK, et d'un signal de synchronisation SYNC, correspondant à une succession d'impulsions de niveau haut THSYNC.
  • Le circuit de commande 620 comprend un étage (non détaillé) de séparation des signaux CLK et SYNC, recevant sur un noeud d'entrée le signal Vsel et fournissant sur deux noeuds de sortie distincts deux signaux binaires correspondant respectivement au signal CLK et au signal SYNC. A titre d'exemple, la séparation des signaux CLK et SYNC est réalisée au moyen de deux comparateurs comparant le signal Vsel respectivement au seuil THCLK et au seuil THSYNC, les sorties des comparateurs fournissant respectivement le signal CLK et le signal SYNC.
  • Le signal CLK est un signal d'horloge permettant de cadencer les opérations de décodage du signal numérique sérialisé transmis sur la borne Vdata, et le signal SYNC est un signal de synchronisation permettant d'indiquer au circuit de commande 620 qu'il va recevoir des données à décoder sur la borne Vdata de la puce.
  • Dans l'exemple de la figure 8, on considère une puce 610 correspondant à un macropixel de n=5 pixels comprenant chacun nbSP = 3 sous-pixels, soit 15 LED à mettre à jour. De plus, on considère dans cet exemple que le signal de réglage individuel de chaque LED de la puce 610 est codé sur nbits = 4 bits. En pratique, le nombre nbits de bits sur lequel est codé chaque signal de réglage individuel de LED peut être différent de 4, par exemple compris dans la plage allant de 4 à 16 bits.
  • Dans cet exemple, la séquence de mise à jour du macropixel commence avec l'application d'une double impulsion du signal SYNC sur la borne Vsel.
  • A réception de cette double impulsion du signal SYNC, le circuit 620 est informé que des données binaires sérialisées de mise à jour du macropixel vont être transmises sur sa borne Vdata. Un compteur interne au circuit 620, cadencé par le signal d'horloge CLK, est par exemple réinitialisé à cette étape.
  • Après la double impulsion du signal SYNC, un train de n*nbits = 5*4 = 20 bits de données est transmis au circuit 620 via la borne Vdata, correspondant aux signaux individuels de réglage des n sous-pixels d'une première couleur du macropixel, par exemple les n sous-pixels SPr du macropixel.
  • Une impulsion simple du signal SYNC est ensuite appliquée sur la borne Vsel. Le circuit 620 est ainsi informé qu'un deuxième train de n*nbits de données va lui être transmis via la borne Vdata, correspondant aux signaux individuels de réglage des n sous-pixels d'une deuxième couleur du macropixel, par exemple les n sous-pixels SPg du macropixel.
  • Après la transmission du deuxième train de n*nbits, une nouvelle impulsion simple du signal SYNC est appliquée sur la borne Vsel, de façon à informer le circuit 620 qu'un troisième train de n*nbits de données va lui être transmis via la borne Vdata, correspondant aux signaux individuels de réglage des n sous-pixels d'une troisième couleur du macropixel, par exemple les n sous-pixels SPb du macropixel.
  • On notera que l'ordre dans lequel les données sont transmises au circuit 620 n'a pas d'importance pourvu que le circuit 620 ait connaissance de cet ordre et soit adapté.
  • En outre, bien que l'on ait représenté un exemple de mise en oeuvre dans lequel les transmissions des signaux de réglage des différentes couleurs du macropixel sont séparées par des impulsions du signal SYNC, les modes de réalisation décrits ne se limitent pas à ce cas particulier. A titre de variante, le signal SYNC peut comporter une unique impulsion simple au début de la phase de mise à jour, les données étant ensuite transmises sous la forme d'un train ininterrompu de n*nbSP*nbits bits, soit 60 bits dans l'exemple considéré.
  • Pour chaque signal individuel de réglage d'une LED du macropixel, une conversion numérique-analogique du signal de réglage individuel reçu sur la borne Vdata peut être mise en oeuvre. Un signal de polarisation (courant ou tension) fonction du signal de réglage reçu est ensuite appliqué à la LED. A titre d'exemple, pour chaque LED de la puce 610, le circuit 620 comprend un convertisseur numérique-analogique, soit n*nbSP convertisseurs numérique-analogique au total. Le signal analogique de sortie du convertisseur numérique-analogique associé à une LED est par exemple directement appliqué sur l'anode de la LED. A titre de variante, le signal de sortie du convertisseur numérique-analogique est utilisé pour régler une source de courant commandable injectant un courant dans la LED.
  • De façon similaire à ce qui a été décrit précédemment, les puces élémentaires 610 du dispositif d'affichage de la figure 6 peuvent être agencées en matrice selon des lignes et des colonnes, et interconnectés en lignes et en colonnes de façon à permettre une commande simultanée, ligne par ligne, des macropixels du dispositif.
  • On notera que les exemples des figures 5 et 6 peuvent être adaptés au cas où les pixels P1, P2, ... Pn de chaque puce élémentaire 510 ou 610 du dispositif sont des pixels monochromatiques du type décrit en relation avec la figure 1, c'est-à-dire non divisés en sous-pixels adaptés à émettre dans des gammes de longueurs d'ondes distinctes.
  • De plus, la variante de la figure 6 (transmission numérique des signaux de réglage) peut être adaptée au cas où la puce élémentaire 610 comprend, comme dans l'exemple de la figure 3, un unique pixel divisé en plusieurs sous-pixels adaptés à émettre dans des gammes de longueurs d'onde distinctes.
  • Les figures 9A, 9B et 9C sont des vues schématiques d'une puce élémentaire d'un dispositif d'affichage d'images du type décrit ci-dessus. Dans cet exemple, la puce comprend 6 pixels P1, P2, P3, P4, P5 et P6 comprenant chacun trois sous-pixels SPr, SPg et SPb adaptés à émettre dans trois gammes de longueurs d'ondes distinctes.
  • La figure 9A est une vue de dessus de la puce, la figure 9B est une vue en coupe de la puce selon le plan 9B-9B de la figure 9A, et la figure 9C est une vue de dessous de la puce.
  • Comme cela apparaît sur la figure 9B, la puce comprend un premier substrat 901, par exemple à base de semiconducteur III-V, dans lequel sont formées les LED 120r, 120g, 120b de la puce, et, accolé et connecté électriquement au substrat 901, un deuxième substrat 903, par exemple en silicium, dans lequel est formé le circuit de commande de la puce.
  • Comme représenté sur la figure 9C, la puce comprend, du côté de la face du substrat 903 opposée au substrat 901, une zone de connexion électrique 905 comprenant les quatre bornes de connexion à l'extérieur Vp, Vn, Vsel et Vdata de la puce.
  • On notera que dans l'exemple représenté, comme cela apparaît sur la figure 9A, les pixels P1, P2, ... Pn de la puce sont disposés en barrette, alignés selon un axe x. Les puces élémentaires sont montées sur le substrat de report du dispositif selon un agencement matriciel en lignes et en colonnes, de façon que l'axe x de chaque puce soit sensiblement parallèle aux lignes de la matrice. En effet, dans un dispositif d'affichage multi-vues, on cherche généralement à ce que l'utilisateur puisse percevoir des vues différentes de la scène lorsque l'oeil de l'observateur se déplace selon une direction parallèle à l'axe des lignes de la matrice (généralement une direction horizontale), et non lorsqu'il se déplace selon une direction parallèle à l'axe des colonnes (généralement une direction verticale). En pratique, chaque macropixel est surmonté d'une ou plusieurs lentilles non représentées, adaptées à réaliser la séparation angulaire, selon l'axe x, des faisceaux correspondant aux différents pixels du macropixel.
  • Dans l'exemple représenté, dans chaque pixel Pi, les sous-pixels SPr, SPg, SPb du pixel sont disposés en barrette, alignés selon un axe y sensiblement orthogonal à l'axe x, et sensiblement parallèle aux colonnes de la matrice de macropixels. Un avantage de cette configuration est qu'elle permet d'éviter une séparation angulaire des différentes couleurs d'un même pixel, du fait de la présence de la ou des lentilles de séparation angulaire selon l'axe x au-dessus du macropixel.
  • La figure 10 est une vue de dessus schématique et partielle d'un exemple d'un substrat de report pour les puces élémentaires d'un dispositif d'affichage du type décrit ci-dessus en relation avec les figures 3 à 8. Sur la figure 10, seule une portion du substrat de report, correspondant à une sous-matrice de trois lignes par deux colonnes du dispositif d'affichage, a été représentée.
  • Le substrat de report comprend par exemple une plaque ou feuille de support 1010 en un matériau isolant, par exemple en verre ou en plastique. Le substrat de report comprend en outre des éléments de connexion électrique, et en particulier des pistes conductrices et des plages conductrices, formés par impression sur la face supérieure de la plaque de support 1010. Ces éléments de connexion électrique sont formés par impression d'une succession de niveaux conducteurs et isolants sur la face supérieure de la plaque de support 1010. Les éléments de connexion électrique sont par exemple formés par un procédé d'impression de type impression jet d'encre, par sérigraphie, par rotogravure, ou par toute autre méthode adaptée.
  • Le substrat de report de la figure 10 est un substrat passif, c'est-à-dire qu'il comprend uniquement des éléments de connexion électrique. Des circuits actifs de commande du dispositif d'affichage, adaptés à alimenter et commander les puces élémentaires du dispositif par l'intermédiaire des éléments de connexion électrique du substrat de report, sont par exemple connectés aux éléments de connexion électrique du substrat de report à la périphérie du substrat de report.
  • Dans l'exemple représenté, la fabrication du substrat de report comprend les trois étapes successives d'impression suivantes.
  • Lors d'une première étape d'impression, on imprime sur la face supérieure de la plaque de support 1010 une pluralité de pistes conductrices sensiblement parallèles à la direction des lignes du dispositif d'affichage. Plus particulièrement, dans cet exemple, lors de la première étape d'impression, on imprime, pour chaque ligne du dispositif d'affichage, deux pistes conductrices L1 et L2 s'étendant sur sensiblement toute la longueur des lignes du dispositif d'affichage. Les pistes L1 sont destinées à véhiculer les signaux de commande Vsel des différentes lignes de pixels ou de macropixels du dispositif. Les pistes L2 sont destinées à distribuer le potentiel d'alimentation bas Vn du dispositif. Les éléments conducteurs imprimés lors de cette première étape d'impression définissent un premier niveau conducteur M1 du substrat de report.
  • Lors d'une deuxième étape d'impression, on recouvre certaines portions des pistes conductrices L1 et L2 d'un matériau isolant 1012, de façon à permettre l'impression ultérieure de pistes conductrices s'étendant au-dessus des pistes L1 et L2, sans créer de court-circuit avec les pistes L1 et L2.
  • Lors d'une troisième étape d'impression, on imprime sur la face supérieure de la plaque de support 1010 une pluralité de pistes conductrices sensiblement parallèles à la direction des colonnes du dispositif d'affichage. Plus particulièrement, dans cet exemple, lors de la troisième étape d'impression, on imprime, pour chaque colonne du dispositif d'affichage, deux pistes conductrices C1 et C2 s'étendant sur sensiblement toute la longueur des colonnes du dispositif d'affichage. Les pistes C1 sont destinées à véhiculer les signaux de commande Vdata des différentes colonnes de pixels ou de macropixels du dispositif. Les pistes C2 sont destinées à distribuer le potentiel d'alimentation haut Vp du dispositif. Les pistes conductrices C1 et C2 sont isolées des pistes conductrices L1 et L2 par les régions isolantes 1012 formées à l'étape précédente. Lors de la troisième étape d'impression, sont en outre imprimées, pour chaque pixel ou macropixel du dispositif, quatre plages conductrices P1, P2, P3 et P4 destinées à recevoir respectivement les bornes de connexion Vsel, Vp, Vn et Vdata de la puce comprenant le pixel ou le macropixel. La plage P1 est connectée à la piste conductrice L1 associée à la ligne à laquelle appartient le pixel ou le macropixel. Pour cela, la plage P1 s'étend sur et en contact avec la face supérieure de la piste L1 dans une zone de la piste L1 non revêtue par le matériau isolant 1012. La plage P2 est connectée à la piste conductrice C2 associée à la colonne à laquelle appartient le pixel ou le macropixel. Pour cela, la plage P2 est contiguë à la piste conductrice C2. La plage P3 est connectée à la piste conductrice L2 associée à la ligne à laquelle appartient le pixel ou le macropixel. Pour cela, la plage P3 s'étend sur et en contact avec la face supérieure de la piste L2, dans une zone de la piste L2 non revêtue par le matériau isolant 1012. La plage P4 est connectée à la piste conductrice C1 associée à la colonne à laquelle appartient le pixel ou le macropixel. Pour cela, la plage P4 est contiguë à la piste conductrice C1. Les pistes et plages conductrices imprimées lors de la troisième étape définissent un deuxième niveau conducteur M2 du substrat de report. Lors de la troisième étape d'impression, des motifs d'alignement pour le report des puces peuvent en outre être imprimés dans le deuxième niveau conducteur M2.
  • Un avantage du substrat de report décrit en relation avec la figure 10 est que toutes les plages conductrices de connexion du substrat de report aux puces élémentaires du dispositif d'affichage (les plages P1, P2, P3 et P4) sont formées dans un même niveau conducteur, lors d'une même étape d'impression. Il en résulte que les plages P1, P2, P3 et P4 associées à un même pixel ou macropixel du dispositif peuvent être formées très proches les unes des autres, par exemple distantes deux à deux de moins de 20 pm, de préférence distantes deux à deux de moins de 10 pm, de préférence distantes deux à deux de moins de 5 µm, ce qui serait difficile voire impossible à obtenir si les plages conductrices P1 et P3 étaient formées lors de la première étape d'impression, et les plages conductrices P2 et P4 lors de la troisième étape d'impression. En effet, la résolution d'impression des motifs conducteurs lors d'une même étape d'impression est relativement élevée, tandis qu'il peut exister une erreur d'alignement relativement importante entre des motifs conducteurs formés lors d'étapes d'impression différentes.
  • Ainsi, le mode de réalisation de la figure 10 permet de maximiser la surface conductrice occupée par les plages P1, P2, P3, P4 dans les zones de connexion du substrat aux puces élémentaires, ce qui permet de faciliter l'étape ultérieure de montage des puces élémentaires sur le substrat de report, en relâchant notamment les contraintes d'alignement des puces par rapport au substrat de report.
  • On notera que le substrat de report décrit en relation avec la figure 10 peut être utilisé non seulement dans un dispositif d'affichage du type décrit en relation avec les figures 3 à 8, dans lequel chaque puce élémentaire du dispositif comprend plusieurs LED réglables individuellement, mais aussi dans un dispositif d'affichage du type décrit en relation avec la figure 1 dans lequel chaque puce élémentaire du dispositif comprend une unique LED.
  • En outre, bien que l'on ait décrit uniquement des exemples de réalisation dans lesquels chaque puce élémentaire du dispositif d'affichage comprend quatre bornes de connexion à l'extérieur, le substrat de report décrit en relation avec la figure 10 peut être adapté à un dispositif d'affichage dans lequel chaque puce élémentaire comprend un nombre de bornes de connexion à l'extérieur différent de quatre. Ainsi, selon une définition plus générale du mode de réalisation de la figure 10, on prévoit de former des éléments de connexion électrique du substrat de report par impression sur au moins deux niveaux conducteurs successifs, et de former toutes les plages conductrices de connexion du substrat de report aux puces élémentaires du dispositif d'affichage dans le dernier niveau conducteur imprimé, étant entendu que, pour chaque puce élémentaire le nombre de plages conductrices de connexion du substrat de report à la puce est supérieur ou égal à 2, et de préférence supérieur ou égal à 3.
  • Des modes de réalisation particuliers ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, les modes de réalisation décrits ne se limitent pas aux exemples de matériaux et/ou de dimensions mentionnés à titre d'exemple dans la présente description.

Claims (12)

1. Dispositif d'affichage émissif comportant :
un substrat de report (1010) comportant des éléments de connexion électrique (L1, L2, C1, C2, P1, P2, P3, P4) ; et
une pluralité de puces semiconductrices (310 ; 510 ; 610) solidarisées au substrat de report et connectées aux éléments de connexion électrique du substrat de report pour leur commande, chaque puce comportant :
- au moins une LED (120 ; 120r, 120g, 120b) ;
- une pluralité de bornes de connexion (Vdata, Vsel, Vp, Vn) au substrat de report ; et
- un circuit de commande à base de transistors adapté à appliquer à la dite au moins une LED un signal de polarisation en fonction de signaux reçus sur les bornes de connexions de la puce au substrat de report,
dans lequel le substrat de report (1010) comprend une plaque isolante, les éléments de connexion électrique du substrat de report comprenant, sur une face de ladite plaque, un premier niveau conducteur, suivi d'un niveau isolant, suivi d'un deuxième niveau conducteur, les éléments de connexion électrique du substrat de report comportant :
une pluralité de premières pistes conductrices (L1, L2) formées dans le premier niveau conducteur ;
une pluralité de deuxièmes pistes conductrices (C1, C2) formées dans le deuxième niveau conducteur ; et
pour chaque puce du dispositif, une pluralité de plages de connexion électrique (P1, P2, P3, P4) connectées respectivement aux bornes de connexion (Vdata, Vsel, Vp, Vn) de la puce, lesdites plages étant toutes formées dans le deuxième niveau conducteur,
et dans lequel, dans chaque puce élémentaire (310 ; 510 ; 610) du dispositif, ladite au moins une LED de la puce est formée dans un premier substrat (901) à base de semiconducteur III-V, et le circuit de commande de la puce est formé dans un deuxième substrat (903) à base de silicium et présente des zones de connexion électrique du côté d'une première face du deuxième substrat, la première face du deuxième substrat étant accolée à une première face du premier substrat, les bornes de connexion (Vdata, Vsel, Vp, Vn) de la puce étant formées du côté d'une deuxième face du deuxième substrat (903) opposée à la première face du deuxième substrat (903).
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les premières pistes conductrices sont sensiblement parallèles, et dans lequel les deuxièmes pistes conductrices sont sensiblement orthogonales aux premières pistes.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel chaque puce élémentaire est disposée de façon que la face de son deuxième substrat (903) opposée au premier substrat (901) soit tournée vers le substrat de report (1010) de façon à réaliser des connexions électriques directes entre les bornes de connexion (Vdata, Vsel, Vp, Vn) de la puce et les plages de connexion électrique (P1, P2, P3, P4) du substrat de report.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel, pour chaque puce du dispositif, le substrat de report (1010) comprend au moins une plage de connexion électrique (P1, P3) connectée à une première piste conductrice (L1, L2) du substrat de report, et au moins une plage de connexion électrique (P2, P4) connectée à une deuxième piste conductrice (C1, C2) du substrat de report.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel chaque puce élémentaire comprend une première borne (Vdata) de connexion au substrat de report destinée à recevoir un signal de réglage (Vdata ; Vdatar, Vdatag, Vdatab) de ladite au moins une LED de la puce.
6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel chaque puce élémentaire comprend en outre une deuxième borne (Vsel) de connexion au substrat de report destinée à recevoir un signal de sélection et/ou de synchronisation.
7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, dans lequel chaque puce élémentaire comprend en outre des troisième (Vp) et quatrième (Vn) bornes de connexion au substrat de report destinées à recevoir respectivement un potentiel d'alimentation haut et un potentiel d'alimentation bas de la puce.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel chaque puce élémentaire comprend une pluralité de LED, et dans lequel la première borne de connexion (Vdata) de la puce est destinée à recevoir, pour chaque LED de la puce, un signal de réglage individuel de la LED, les signaux de réglage individuels des différentes LED de la puce étant multiplexés temporellement sur ladite première borne (Vdata).
9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel, dans chaque puce élémentaire, le circuit de commande de la puce est adapté à démultiplexer les signaux reçus sur ladite première borne et à appliquer à chaque LED de la puce un signal de polarisation fonction du signal de réglage individuel de la LED reçu sur ladite première borne (Vdata).
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel, dans chaque puce élémentaire (310 ; 510 ; 610), ladite au moins une LED présente des contacts électriques d'anode et de cathode du côté de la première face du premier substrat, et dans lequel la première face du deuxième substrat est accolée à la première face du premier substrat de façon à mettre directement en contact les contacts d'anode et de cathode de la LED avec les zones de connexion électrique du circuit de commande.
11. Procédé de fabrication d'un dispositif d'affichage selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant les étapes successives suivantes :
a) imprimer sur ladite face de la plaque isolante le premier niveau conducteur de façon à former ladite pluralité de premières pistes conductrices (L1, L2) ;
b) imprimer le niveau isolant sur le premier niveau conducteur ; et
c) imprimer le deuxième niveau conducteur sur le niveau isolant de façon à former ladite pluralité de plages de connexion électrique (P1, P2, P3, P4).
11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel les étapes d'impression a), b) et c) sont réalisées par un procédé d'impression jet d'encre, par sérigraphie ou par rotogravure.
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